捕捉黑洞:EHT 超级望远镜的工作原理

这张由欧洲南方天文台 (ESO) 于 2022 年 5 月 12 日发布的宣传图片展示了人马座 A* 的第一张图片,这是位于我们银河系中心的超大质量黑洞。

事件视界望远镜 (EHT) 强大到足以在月球上发现一个高尔夫球,它是一个无线电天线网络,旨在检测物质消失在黑洞的嘴中时发出的光。

EHT是近年来帮助扩大我们对宇宙的看法的许多非凡的天文冒险之一。

周四,科学家们公布了我们银河系中心超大质量黑洞的第一张图像——一个被称为人马座 A* 的庞然大物。

那么什么是 EHT,它是怎样工作的呢?

什么是 EHT?

EHT 是全球独一无二的天线网络,它们共同组成了一个虚拟望远镜,其宽度几乎与地球本身一样宽——约 10,000 公里(6,200 英里)宽。

无线电天线网络针对我们的银河系进行训练,于 2015 年启动,涉及 80 个不同的天文学研究所。

2019 年,EHT 在远离我们的星系中揭示了第一张名为 M87* 的黑洞图像。


世界地图显示了组成地球大小的虚拟望远镜的望远镜网络,以捕捉银河系中心黑洞的第一张图像。

它怎么能看到黑洞?

星期四,一个国际天文学家团队让我们第一次看到了银河系中心的超大质量黑洞。

这个距离地球约 26,000 光年的引力和吸光怪物被称为人马座 A*,其质量与 400 万个太阳相同。

根据定义,观察黑洞是不可能的,因为没有光可以逃脱它。

但是 EHT 规避了这个问题。

它捕捉到当物质——行星、碎片,以及任何出现时产生的闪光 close——被吸入黑洞的外边界,称为事件视界。

法德毫米射电天文研究所的弗雷德里克·盖斯告诉法新社:“我们可以在气体和尘埃的发光背景下探测到黑洞的轮廓。”

英国宇宙学家斯蒂芬霍金曾经将事件视界比作独木舟越过尼亚加拉大瀑布。

如果您在瀑布之上,如果您用力划桨离开,仍然有可能逃脱。 但是,一旦你翻到边缘,就没有回头路了。

它是怎样发现射手座 A* 的?

围绕黑洞旋转的物质云只能使用非常精确的无线电频率波段(称为毫米波)才能看到,并且只能使用无线电望远镜——就像电视卫星天线一样,但要大得多。

要检测距离地球如此遥远的物体发出的微弱无线电信号,它需要很大。

但是,目前技术上没有一个单一的射电望远镜具有足够高的分辨率。

因此,天文学家使用干涉仪——将一对在天空中同一物体上训练的无线电天线连接起来,以创建一个称为干涉仪的“虚拟”望远镜。 这可以看到精细的细节,就像相机的变焦镜头一样。

显示黑洞不同部分的插图
显示黑洞不同部分的插图。

EHT 项目更进一步,在世界各地的八个天文台使用射电望远镜——从美洲到欧洲,从格陵兰岛到南极洲——来制造一个新的、更强大的望远镜。

这种技术被称为超长基线干涉测量法 (VLBI)。

随着地球转动,不同的望远镜捕捉到黑洞周围物质发出的略有不同的光波,这些模式最终可以结合起来形成更完整的图像。

每个天线接收到的信号必须逐波匹配,即使碟子在半个世界之外,所以每个站点都配备了一个原子钟。

为什么这有关系?

EHT 在探测 M87* 和现在的人马座 A* 方面的成功提供了超大质量黑洞的双重证明——这是巩固宇宙结构概念的巨大飞跃。

到目前为止,爱因斯坦的广义相对论还无法解释黑洞在最无限小的尺度上发生了什么。

德国天体物理学家海诺·法尔克告诉法新社,黑洞是现存“最极端、最混乱和最动荡”的环境。

但多亏了 EHT,现在可以测试这一基本理论的各个方面。